电动汽车交流充电桩控制系统设计

2020-03-26梁怡静黎向阳

探索科学(学术版) 2020年1期

陈磊梁怡静黎向阳

西安特锐德智能充电科技有限公司陕西西安 710065

1 智能充电系统的总体要求

智能充电装置以其操作方便，性能稳定，应用可靠，维护维修方便已经成为电动汽车所需的重要基础设施，也逐渐得到大家的关注，如何使充电装置更加智能、可靠、有效成为当前科研工作人员普遍关注的重点。在电动汽车的智能充电系统设计中，电能主要通过电网传递到相应的充电装置进行中转，而在这一过程中充电装置则发挥着中转电能的积极作用，这就要求我们的充电桩装置应该具备良好的安全性、便捷性、高效性。基于这样的设计需求，本文分别从软件系统设计与硬件系统设计二个方面进行了陈述。

2 电动汽车智能充电桩的充电方式

2.1 交流式充电交流式充电就是与交流电网进行连接，通常采用220V 或者380V 的交流电来实现对电动汽车的充电，交流方式的充电过程较长，同时在进行电源连接的过程中需要充电装置具有较强的安全性。其次，由于充电时间长，降低了客户的驾驶体验，给客户带来的诸多不便，因此交流式充电一般用于小型电动汽车或混合动力汽车的充电之中。

2.2 直流式充电直流式充电就是直接为电动汽车电池充电，对于电动汽车来说在这一过程中由于直流充电不需要电流转化装置，因此减少了电动汽车的载荷，降低了电动汽车的自身重量，同时在使用充电装置的过程中提高了充电功率，减小了充电时间，给予了客户更优良的体验。但直流充电对电网的要求比较高，因此在布置充电桩时需要考虑对电网的保护。

3 电动汽车交流充电桩控制系统的硬件设计

由上文知，不论是从技术层面还是应用层面来看，电动汽车智能充电桩的设计与定位，既要保证充电的高效性、可靠性、安全性，还应该能够满足绝大部分环境的需求，因此综合来看交流充电的方式，相对于更换电池组和非接触式充电的成本更小，可靠性更高。

3.1 主控制器选择作为整个充电系统控制的核心，本文的主控制器选择了ST M32F107 VCT6微控制器，该型号的控制器具有良好的互联性，工作频率在72 MHz，包含了是2个12位的ADC，4个通用的16位计时器和一个PWM 定时器，同时还包含有标准的通信接口，这为控制器与其他外部设备的连接提供了基础。其次，该器件同时提供了以太网接口，极大的方便了电路设计。

3.2 充电电压测量电路本设计中还设计了电压测量环节，通过互感器将电压转化成比例转化成电流，进而完成小信号的测量，例如在对220V的电压进行测量时，互感器可以将其变为2-5 mA 的电流，通过小电流的转变降低了检测系统电路的复杂性，降低了大电阻分流的影响。同时，由于采信号为交流电，信号有正负之分，因此在测量电路中还设置有A/D 转换模块，将其转化为0～3.6伏的电压，进而通过转化将交流电压变成直流电压进行采样，解决了A/D转换器输入范围的问题，扩大了转化器的检测范围，同时有利于后续同步采样的实现。

3.3 控制导引电路与功能模块控制导引电路完成充电前充电桩与电动汽车的连接确认、供电功率及充电连接装置载流能力的识别和充电过程的监测等任务。MCU 通过检测点不同的电压值来判断所处状态。其次，设计了功能模块，功能模块的设计可以进一步提高充电桩的工作效率，同时扩展了充电桩的性能，进一步满足了用户的需求和体验，其主要包括主控模块、人机交互模块、IC卡模块、计费模块、通信模块、安全模块等。在进行主程序开发的过程中，还可以为充电装置搭配相应的功能程序，进而实现充电桩与客户通信设备之间的信息交互。其次，通过安全模块的设计，实现用户数据的加密，进而保护用户隐私与用户信息安全，使其不被外界窃取。

3.4 环境和电磁设计由于充电桩通常被布置于室外，因此在进行充电桩控制系统的设计的过程中，还应该考虑其抵抗极端自然环境的能力，同时由于电动汽车智能充电系统采用交流充电的方式，同时还应该具备相应的抗电磁干扰能力，能够抵抗常用电子设备的弱电磁干扰，进而保证整个充电过程的平稳、安全、可靠。

4 电动汽车交流充电桩控制系统的程序设计

在进行电动汽车交流充电控制系统的设计过程中，还应该完成系统软件程序的设计，应该包含初始化、自检信息识别、连接确认、充电过程时监控等功能，如在用户信息识别单元，可采用射频技术实现用户信息的读取、结算和确认；在充电监测部分，可采用对数据信号的实际监测与分析，及时确定充电电缆的连接状态和充电装备的带电状态，其次还可以设置与其他电路模块之间的监测程序，以便应对充电系统的突发射频情况，保护充电设备和受电设备的安全。控制流程如图1所示。